디지털 워터마킹은 복제되어 배포된 디지털 미디어의 저작권을 확인할 수 있는 전자적인 수단을 제공한다. 이미지에 관한 디지털 워터마킹 연구 분야에서는 그레이스케일 이미지에 대한 많은 연구 성과를 바탕으로 최근에는 실생활에서 광범위하게 사용되고 있는 컬러 이미지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 컬러 이미지는 그레이스케일 이미지에 비하여 각각이 그레이스케일 이미지에 대응될 수 있는 다수의 채널을 가지고 있다. 단순하게 그레이스케일 이미지에 적용되던 기법을 컬러 이미지의 한 채널에 적용하는 연구들도 많은데, 이 채널들 간에는 상관관계가 존재한다는 특성이 고려되지 못하고 있다. 이 논문에서는 DCT 도메인 상에서 컬러 이미지의 두 채널을 비교하여 생성한 특징(이미지 의존 워터마크)을 스크램블링 처리된 저작권 워터마크와 결합하여 워터마크 키를 생성하는 기법을 제시한다. 이 방법은 이미지에 어떤 변경도 하지 않는 제로-워터마킹의 일종으로서, 생성된 키는 워터마크를 호스트 이미지에 삽입하는 워터마킹 기법과 달리 이미지 왜곡이 없다는 장점이 있으며, 샤프닝, 블러링, JPEG 손실 압축, 축소/확대, 잘라내기 등을 이용한 공격에도 강인함을 보여준다.
디지털 워터마킹은 복제되어 배포된 디지털 미디어의 저작권을 확인할 수 있는 전자적인 수단을 제공한다. 이미지에 관한 디지털 워터마킹 연구 분야에서는 그레이스케일 이미지에 대한 많은 연구 성과를 바탕으로 최근에는 실생활에서 광범위하게 사용되고 있는 컬러 이미지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 컬러 이미지는 그레이스케일 이미지에 비하여 각각이 그레이스케일 이미지에 대응될 수 있는 다수의 채널을 가지고 있다. 단순하게 그레이스케일 이미지에 적용되던 기법을 컬러 이미지의 한 채널에 적용하는 연구들도 많은데, 이 채널들 간에는 상관관계가 존재한다는 특성이 고려되지 못하고 있다. 이 논문에서는 DCT 도메인 상에서 컬러 이미지의 두 채널을 비교하여 생성한 특징(이미지 의존 워터마크)을 스크램블링 처리된 저작권 워터마크와 결합하여 워터마크 키를 생성하는 기법을 제시한다. 이 방법은 이미지에 어떤 변경도 하지 않는 제로-워터마킹의 일종으로서, 생성된 키는 워터마크를 호스트 이미지에 삽입하는 워터마킹 기법과 달리 이미지 왜곡이 없다는 장점이 있으며, 샤프닝, 블러링, JPEG 손실 압축, 축소/확대, 잘라내기 등을 이용한 공격에도 강인함을 보여준다.
Digital watermarking provides electronic means for proving the copyrights of distributed digital media copies. Research on digital watermarking for images is recently directed toward that for color images extensively used in real life, based on the substantial results in digital watermarking for gra...
Digital watermarking provides electronic means for proving the copyrights of distributed digital media copies. Research on digital watermarking for images is recently directed toward that for color images extensively used in real life, based on the substantial results in digital watermarking for gray-scale images. Color images have multiple channels, each of which corresponds to a gray-scale image. While there are some watermarking techniques for color images that just apply those for gray-scale images to one channel of the color images, the correlation characteristics between the channels are not considered in them. This paper proposes a zero-watermarking technique that makes keys via combining an image dependent watermark, created through comparing two channels of the color image and copyright watermark scrambled. Due to zero-watermarking, it does not change anything of cover(host) images. Watermark images are robust against some common attacks such as sharpening, blurring, JPEG lossy compression, scaling, and cropping.
Digital watermarking provides electronic means for proving the copyrights of distributed digital media copies. Research on digital watermarking for images is recently directed toward that for color images extensively used in real life, based on the substantial results in digital watermarking for gray-scale images. Color images have multiple channels, each of which corresponds to a gray-scale image. While there are some watermarking techniques for color images that just apply those for gray-scale images to one channel of the color images, the correlation characteristics between the channels are not considered in them. This paper proposes a zero-watermarking technique that makes keys via combining an image dependent watermark, created through comparing two channels of the color image and copyright watermark scrambled. Due to zero-watermarking, it does not change anything of cover(host) images. Watermark images are robust against some common attacks such as sharpening, blurring, JPEG lossy compression, scaling, and cropping.
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문제 정의
YCbCr 공간 모형을 사용하는데 있어서 적절한 두 채널을 선정하기 위하여, 밝기를 나타내는 Y를 기본으로 해서, Y-Cb, Y-Cr 두 조합에 대하여 각각 실험하였다. Y-Cr 조합을 이용할 경우 이 더 좋은 결과를 얻을 수 있었으며, Y-Cr 두 채널을 이용한 실험 결과를 기준으로 다른 연구와 비교하도록 한다.
본 논문에서는 컬러 이미지의 두 채널을 비교해서 얻은 이미지 특성으로 이미지 의존 워터마크를 구성하는 방법을 제시한다. 먼저 중요한 것이 어떤 색 공간 모형을 사용할 것인가 하는 선택의 문제이다.
주파수 영역으로 변환하기 위해서 DCT(Discrete Cosine Transform), DWT(Discrete Wavelet Transform), DFT(Discrete Fourier Transform), SVD(Singular Vector Decomposition), CT(Contourlet Transform) 등 다양한 변환 기법이 사용되고 있다. 본 연구에서는 두 채널별로 각각 DCT를 적용하여 변환한 뒤, 매우 안정적인 DC(Direct Current) 계수들을 비교하여 이미지 의존 워터마크를 생성함으로써, 제로-워터마킹에 의한 가시성과 더불어 높은 강인함을 동시에 확보하고자 한다. 본 논문의 구성은 다음과 같다.
이러한 결점을 극복하기 위해서, 본 논문에서는 주파수 영역의 DCT 도메인 상에서 컬러 이미지의 두 채널을 비교하여 생성한 특징(이미지 의존 워터마크)을 스크램블링 처리된 저작권 워터마크와 결합하여 키를 생성하는 제로-워터마킹 기법을 제시한다. 비손실 워터마킹의 일종인 제로-워터마킹(Zero-Watermarking)에서는 이미지의 중요한 특징을 가지고 이미지 의존 워터마크를 생성하고, 이를 저작권 보호를 위한 워터마크와 결합하여 워터마크 키를 생성한다.
제안 방법
본 논문에서 제시한 기법을 Lena와 Baboon에 각각 적용하여 공격 방법별로 실험한 결과는 [표 2]와 같다. YCbCr 공간 모형을 사용하는데 있어서 적절한 두 채널을 선정하기 위하여, 밝기를 나타내는 Y를 기본으로 해서, Y-Cb, Y-Cr 두 조합에 대하여 각각 실험하였다. Y-Cr 조합을 이용할 경우 이 더 좋은 결과를 얻을 수 있었으며, Y-Cr 두 채널을 이용한 실험 결과를 기준으로 다른 연구와 비교하도록 한다.
YCbCr 공간 모형의 세 채널 중 상호 독립성이 높은 두 채널을 선정하고, 동일 위치의 두 블록의 DC 계수 값의 크기를 비교하여 이미지 의존 워터마크 IDW의 비트를 생성한다. Y 채널과 Cb 또는 Y 채널과 Cr 채널간 상호 독립성이 높은 것으로 알려져 있으므로, 이 두 조합 중 하나를 사용하면 좋을 것이다.
본 논문에서는 가시성(Perceptibility)과 강인함(Robustness)을 평가하기 위하여 블러링(Blurring), JPEG 손실 압축, 샤프닝(Sharpening), 오려내기 등 8가지 방법으로 원본 이미지 또는 워터마크가 삽입된 혹은 사인된 이미지를 공격하여 테스트하였다. 원본 Lena 이미지에 대한 8가지 공격 결과는 [그림 2]와 같다.
비교를 위하여 Y채널의 블록별 최저주파 AC의 극성을 이미지 의존 워터마크로 생성하는 기법도 같이 실험하였으며, [표 4]는 그 결과를 나타낸다. 이것은 한 채널의 블록별 저주파 AC의 극성을 이용하는 기존의 제로-워터마킹 기법[10][11]을 컬러 이미지에서 유사하게 구현한 것이다.
이 연구에서는 두 채널을 활용하는 제로-워터마킹 기법을 제시하고, 실험을 통해서 그 성능을 분석하였다. 아울러서 기존 연구와의 비교를 통해서 그 우수성을 검토하였다. 이 실험에서는 YCbCr 공간 모형을 기본으로, 사전 분석을 통해서 Y와 Cr을 워터마킹을 위한 두 채널로 선택하였다.
아울러서 기존 연구와의 비교를 통해서 그 우수성을 검토하였다. 이 실험에서는 YCbCr 공간 모형을 기본으로, 사전 분석을 통해서 Y와 Cr을 워터마킹을 위한 두 채널로 선택하였다. 이를 기준으로 했을 때, Y 채널의 블록별 최저주파 AC 계수의 극성을 이용한 제로 워터 마킹 실험 결과와 비교하여, 그 성능이 월등히 우수함을 8가지 공격 방법 분석에서 확인할 수 있었다.
이 연구에서는 두 채널을 활용하는 제로-워터마킹 기법을 제시하고, 실험을 통해서 그 성능을 분석하였다. 아울러서 기존 연구와의 비교를 통해서 그 우수성을 검토하였다.
DCT 변환을 이용한 제로-워터마킹 연구로는 DCT0CRT[7]가 있다. 이 연구에서는 무작위로 선택된 DCT 블록의 DC 또는 낮은 주파수의 AC 계수들 중에서, 해당 워터마크 비트에 매칭되는 CRT(Chinese Remainder Theorem) 기반의 조건을 만족하는 계수를 선택하고, 이러한 선택 정보를 워터마크 키로 생성한다. 의료 이미지[10]나 텍스트 이미지[11]를 대상으로 DCT 기반의 제로-워터마킹도 제시되었는데, 모두 낮은 주파수의 AC 계수들로부터 이미지 의존 워터마크를 추출한다.
대상 데이터
제안된 제로-워터마킹 기법을 [그림 1]과 같은 512x512 크기의 컬러 이미지 Lena와 Baboon에 적용하여 실험하였다. 저작권 보호용 이진 워터마크로는 MPEG-7 Core Experiment CE-Shape-1 테스트 집합의 ray-2를 64x64 크기로 축소하여 사용하였다.
이미지의 전체적 특징을 반영하는 높은 차수의 큐물런트(Cumulant)를 이용하여 제로-워터마크를 생성하는 제로-워터마킹 개념이 최초로 제시되었고[8], 이후 다양한 공격에 보다 견고한 특성을 추출하는 연구로 발전되고 있다. 제로-워터마킹 대상 저작물로는 디지털 이미지뿐만 아니라, 디지털 오디오, 디지털 비디오, 디지털 맵 등 다양하나, 이 연구에서는 이미지에 한정하여 논한다.
제안된 제로-워터마킹 기법을 [그림 1]과 같은 512x512 크기의 컬러 이미지 Lena와 Baboon에 적용하여 실험하였다. 저작권 보호용 이진 워터마크로는 MPEG-7 Core Experiment CE-Shape-1 테스트 집합의 ray-2를 64x64 크기로 축소하여 사용하였다.
이론/모형
본 논문에서 제시한 기법을 Lena와 Baboon에 각각 적용하여 공격 방법별로 실험한 결과는 [표 2]와 같다. YCbCr 공간 모형을 사용하는데 있어서 적절한 두 채널을 선정하기 위하여, 밝기를 나타내는 Y를 기본으로 해서, Y-Cb, Y-Cr 두 조합에 대하여 각각 실험하였다.
RGB 모형은 채널 간 상관 정도가 가장 높은 색 공간 모형이고, YCbCr 모형은 이것보다 채널 간 상관 정도가 낮으며, RGB 모형과는 선형관계로 변환이 가능하다. 이런 이유로 YCbCr 모형이 워터마킹에 적합하다고 판단되어, 본 논문에서는 YCbCr 모형을 채택하였다.
저작권 보호를 위한 이진 워터마크의 픽셀들 간 공간 관계를 없애고 시스템의 견고함을 증강시키기 위하여, 저작권 보호용 워터마크 W에 아놀드(Arnold) 스크램블링 알고리즘[29]을 적용하여 W'로 변환한다.
성능/효과
이를 기준으로 했을 때, Y 채널의 블록별 최저주파 AC 계수의 극성을 이용한 제로 워터 마킹 실험 결과와 비교하여, 그 성능이 월등히 우수함을 8가지 공격 방법 분석에서 확인할 수 있었다. 그리고 최근 활발한 쿼터년 벡터를 이용한 연구에 비해서도 일부 기하학적 공격을 제외하고 더 좋은 결과를 확인할 수 있었다.
이 실험에서는 YCbCr 공간 모형을 기본으로, 사전 분석을 통해서 Y와 Cr을 워터마킹을 위한 두 채널로 선택하였다. 이를 기준으로 했을 때, Y 채널의 블록별 최저주파 AC 계수의 극성을 이용한 제로 워터 마킹 실험 결과와 비교하여, 그 성능이 월등히 우수함을 8가지 공격 방법 분석에서 확인할 수 있었다. 그리고 최근 활발한 쿼터년 벡터를 이용한 연구에 비해서도 일부 기하학적 공격을 제외하고 더 좋은 결과를 확인할 수 있었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
디지털 워터마킹은 어떠한 수단인가?
디지털 워터마킹은 복제되어 배포된 디지털 미디어의 저작권을 확인할 수 있는 전자적인 수단을 제공한다. 이미지에 관한 디지털 워터마킹 연구 분야에서는 그레이스케일 이미지에 대한 많은 연구 성과를 바탕으로 최근에는 실생활에서 광범위하게 사용되고 있는 컬러 이미지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
디지털 미디어의 종류에 따라 워터마킹은 어떻게 분류할 수 있는가?
일반적으로 전자가 후자보다 비가시성(Imperceptibility)과 강인함 (Robustness)에서 더 우수하다[1][2]. 또 어떤 종류의 디지털 미디어를 대상으로 워터마킹을 하는지에 따라서 디지털 이미지 워터마킹, 디지털 오디오 워터마킹, 디지털 비디오 워터마킹, 디지털 지도 워터마킹 등으로 구분할 수 있다.
본 논문에서 제시한 제로-워터마킹 기법은 무엇인가?
단순하게 그레이스케일 이미지에 적용되던 기법을 컬러 이미지의 한 채널에 적용하는 연구들도 많은데, 이 채널들 간에는 상관관계가 존재한다는 특성이 고려되지 못하고 있다. 이 논문에서는 DCT 도메인 상에서 컬러 이미지의 두 채널을 비교하여 생성한 특징(이미지 의존 워터마크)을 스크램블링 처리된 저작권 워터마크와 결합하여 워터마크 키를 생성하는 기법을 제시한다. 이 방법은 이미지에 어떤 변경도 하지 않는 제로-워터마킹의 일종으로서, 생성된 키는 워터마크를 호스트 이미지에 삽입하는 워터마킹 기법과 달리 이미지 왜곡이 없다는 장점이 있으며, 샤프닝, 블러링, JPEG 손실 압축, 축소/확대, 잘라내기 등을 이용한 공격에도 강인함을 보여준다.
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